专利名称：具有光学位置侦测的触碰面板装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种触碰面板技术。特别是关于一种具有光学位置侦测的触碰面板装置。
触碰式面板(touch panel)，是一种已为大众广泛接受的一工具，作为信息交流的界面工具。而其应用设计是，其具有一功能图像(icon)区域。当一功能图像经触碰激活，触碰式面板会随其功能显示另一画面，提供所需求的信息等等。使用者通过触碰面板上的功能方块或图像，直接操作既定的指令。
触碰式面板的特性，最主要是要侦测触碰点在面板上的位置，
图1为公知光学侦测触碰面板的设计原理。于一面板100上，此位置侦测装置包括至少二个图像摄取单元106，与一信号分析单元90连接。图像摄取单元106于面板100的边框处102，装设于面板四周不同点以摄取要侦测的区域，并且以一人造光源104照射侦测面板上方。图像摄取单元用以摄取面板的至少一表面，或近似平行于面板上方的一平面，以及在面板的表面上的一触碰指针108，并且将光信号转为电子信号输出一视频。分析单元90接收此视频，分析摄取到触碰物两个角度得知触碰指针于触碰板的表面上的一位置。美国第6,100,538号专利。
虽然一般光学式的触碰面板图像摄取有一侦测限制高度，然而周围的光源变化，光阴影，照射角度，侧面斜照射边框射入镜头的光源，周围光源照射边框比触碰指针的光源强烈时，经常造成误判。若设计触碰指针本身有一光源，且以此光源的强度为判断的唯一方式，其需要一具有相当高度的边框，且需要一高亮度的光源，以防止误判。
为实现上述目的，本发明提出至少一图像摄取装置，以一角度斜摄一平面面板。为防止背景光源的干扰，可包括有一贴近平行于面板的一线光源，照射一触碰指针使其反射，如此以摄取触碰指针而侦测其位置。此为可以不需边框的设计，而线光源可为一交替变色R，G，B，红外线的设定颜色的光源，以利侦测触碰指针。
本发明提出至少一图像摄取装置，至少其一图像摄取装置摄取一平行或近似平行于一面板的一平面而构成一侦测平面。一光源于距离侦测平面一高度的位置以一斜角度照射该侦测平面。另其一图像摄取装置以一斜视平面，摄取一触碰指针以侦测其位置。该光源照射的侦测面可为一可见光显示的图案，为一操作区域，为一触碰面板，为一键盘。光源可为一交替变色R，G，B，红外线的设定颜色的光源。触碰指针包括一经触碰按键激活的一发光源，可为一交替变色R，G，B，红外线的设定颜色的光源。
本发明提出至少一图像摄取装置，以至少一角度斜视一平面，以摄取一触碰指针为一笔移动于另一可移动的一平面触碰对象，其为一方向性的纸张。以侦测其笔与纸张于侦测面的一位置，以侦测笔移动于纸张的相对位置，以摄取侦测一平面形的触碰对象的一图案方向数据输出。
本发明提出一光学位置侦测的边框设计方法，一条纹颜色图案的方法，以一透光的结构，以一反射光的结构，以增加边框发出的光亮度，以防止光噪声以致误判。
本发明提出一利用周围光源或装置一光源以照射触碰物，侦测触碰物一设定的颜色图案，分析其位置，以一触碰物透光的结构，以一触碰物反射光的结构设计方法，以增加触碰物发出的亮度，以防止光噪声以致误判。
图3A-图3D为依照本发明，边框图案结构；图4A-图4B为依照本发明，触碰指针与外界强光对边框图案的影响；图5A-图5B为依照本发明，黑白光感测单元阵列；图6为依照本发明，一种光学位置侦测触碰面板使用可见光的光源；图7A-图7C为依照本发明，彩色光感测单元阵列；图8A-图8B为本发明边框的另一设计；图9为依照本发明的一种触控面板；图10A-图10B为依照本发明，x，y坐标的定义机制；以及图11为依照本发明，当触碰指针移动接近时，判断的机制。
90，406分析单元100，200，400面板102，202，402边框 104，204光源106，206，404摄影装置 108，208，408触碰指针210滤光单元212光感测单元700边框702，804摄影装置704滤光单元706触碰指针710单色光感应器430平面的光源431斜照射侦测面的光源802白炽灯光源440平面的摄影装置
450，451，452，453，454侦测平面460，480斜照射光的侦测面本发明提出一种触碰面板装置，有一室内日光灯光下或使用触碰面板上LCD面板发出的光源照射边框及面板，或以一人造可见波长区段的光源装置面板一边框上方照射边框及面板。
图6为依照本发明，一种光学位置侦测触碰面板使用于可见光的光源照射。此时如图3A-图3D所示，参见图3A，边框700可以是单一颜色深浅相间条纹，例黑白相间条纹或深绿浅绿相间条纹；参见图3B，或是彩色条纹；参见图3C，或是一与设定颜色的触碰物或与一手指不同颜色的单一设定颜色边框；图3D，边框700可以是平行并列的一行黑一行白相间条纹，或是彩色条纹。一触碰物的图案也可如图3A-图3D所示。
其选定方式为使触碰指针706在边框700背景下，易于分辨。例如选择一蓝色边框，一绿色笔，一黄色手指，此时以侦测对象反射一自然光的彩色对比来判断手指或笔或边框，可用R，G，B及其相对强度判断。侦测到一蓝色边框其强度例如为R＝1，G＝1，B＝15。一绿色笔其强度例如为R＝2，G＝15，B＝2。一黄色手指其强度例如为R＝8，G＝8，B＝1，分析得知为至少一笔的位置或手指的位置，其也可以是手指与至少一笔同在时侦测至少一设定颜色笔的位置，手指的颜色可因人而变化，可使用不同于手颜色的边框颜色与笔颜色，以手会遮蔽蓝色边框，有一合理的大小而且颜色与边框与笔不同来判断，或使用前的一学习记录输入一手指其颜色，以设定一手指其颜色，该一笔的设定颜色也可为一输入的数据，例 摄影一笔为一颜色则面板写一线显示同一颜色，可装置一滤除不可见光的光感应器，以避免不可见光的颜色分析干扰。
此一边框也可一条纹图案设计，分析单元可摄影记录储存此一边框条纹间隙的数据。例如图4A-图4B所示，一边框为黑白对比的细密条纹，其细密程度为可被触碰指针208遮蔽。分析单元90可依设定的细密条纹的数据，判断条纹间隙不见处为一触碰指针208所遮蔽，或分析单元90可比较现在图像数据与其前边框一条纹图案摄影记录储存数据，判断两图像数据条纹间隙不同处为一触碰指针208所遮蔽，如此的应用可去除镜头灰尘等的噪声，如此一条纹边框设计，如果一区段的条纹为一强光照射，仍可辨识其黑白条纹间隙，此条纹也可是彩色的。
为了避免二图像摄取装置206的其一，因所处的环境，造成效率不佳，其可装置至少三个摄取装置206，去除无法侦测明显的黑白对比细密条纹的至少一摄取装置或去除无法侦测明显的黑白对比细密条纹的一摄取装置感应器的一区段，触碰指针愈靠近摄取装置分辨率愈佳，至少三个摄取装置可选择分辨率较佳的至少二摄取装置动作。
以上的边框第3A-3B图设定的细密条纹，可做为一侦测的坐标标准，可做为一侦测摄取装置角度的校正图形，可做摄取装置自动校正镜头光学的偏差，以自动校正组装摄取装置于一面板时摄取角度的误差(引起x，y位置误差)，甚至摄取的平面高度误差(z误差，以致摄取不到边框的细密条纹，此时可装置多条的感应器，选择摄取多平面的一平面使用)以致位置判断误差。其可做为一侦测位置校正的图案，甚至可以其摄取装置与边框是分离，于组装时自动校正侦测位置。
如果面板侧面有一强烈白炽灯光或台灯，经过边框照射入光感应器时或日光直射照射边框时，此时摄取装置的光感应器可能因入射光过强而无法动作区分边框的颜色或笔的颜色，或边框的一条纹图案因白炽灯或一日光折射进入镜头，而无法辨识条纹图案。其情形例如如图4B所示，强光处的条纹图案成为一亮区段。
为解决亮区段的现象，或是外界的干扰，本发明提出几种解决方法。
图5A-图5B为依照本发明，黑白光感测单元阵列。光感测单元212对应为一侦测点。对应于图4B中的强光区段，光感测单元阵列有一饱和区段214。本发明利用分析单元90的控制，可针对此区段的放大率(gain)做一调整。如果，所处环境有多处强光，如图5B所示，其可能例如分成几个区段216-224，分别有不同的放大率。此放大率的调整也可适用于彩色的光感测单元阵列，也可适用于红外线的光感测单元阵列。
而其一种方式为增光性机构设计，如图8A所示的情形下，当摄取装置804的光感应器摄取一笔时，可能因其背景一强烈的白炽灯光源802照射光过强，而无法区分笔的颜色时，例一笔放置于一100瓦的灯光前，一照相机摄取一笔的颜色因为背景强光无法区分。此时可设计成一设定绿色颜色透光的笔，则强烈的白炽灯光源802光芒可穿通过笔，使增加笔的绿色亮度，白炽灯光源802越强，则摄取的笔图像的绿色亮度越强，以减少强光背景光照射入镜头的干扰，这里称为透光性增光机构，另一方法也可笔内部加一光反射区，可使周围光进入笔内后反射使笔一区段绿色亮度提高，这里称为反射性增光机构，而且笔可有一光源一闪烁一频率设计，笔可有一设定的图案。如此可以在不需要边框或低边框高度的情形下辨识出至少一笔的触碰移动位置，笔可有一触碰开关一光源，当触碰开关激活一光源时视为一触碰处，或侦测一笔图像于一非常接近面板的摄取平面视为一触碰，笔可有一设定的图如图3A-图3D以摄影图像分析辨识为至少一触碰物，可以侦测到笔的发光及其频率，来分析判断为一笔触碰处。
又或其它设计方法，如图8A-图8B所示，利用与上述相同的设计原理，边框800也可设计成包括一透光区800a与一透光区800b，其可以是一彩色透光区800b。如此，当边框800在强光源802的照射下，彩色透光区800b仍可清楚被区分出来。又如图8B所示，边框800外侧有一反射区806，可使由边框800背景的光进入反射区806，经反射又照射于边框图案，背景的光源802越强，则摄取的边框图案的亮度越强，或反射区806反射一LCD面板本身发射的光源，使增加边框图案的亮度或一边框下方LCD面板本身发射的光源，照射一反射区806使边框图案反射。如此使边框的光强度增加则周围光的影响则变小，这里称为反射性增光机构。
上述黑白的选择有较佳的对比，可取其白色部份除了光源照射可反射其设定的白色颜色，也一透光的材料使其发出亮度可因背景光源照射提高，而黑色颜色处则可不要透光，提高黑白对比，这里称为透光性增光机构，然其组合颜色，透光与不要透光的组合或完整的一透光设计，其它光学上单方向透光反射光镀膜的设计也不脱离本发明的特征。例如其它蓝黑，绿白，红白，蓝红的组合也可，一单一颜色的边框也可用透光不透光反射光组合的设计，或以单一颜色的深浅形成条纹图案，透光性或反射光的目的在使边框的至少一颜色发光强度增加，使条纹的明暗对比提高。
以上的设计也可改为一红外线光源照射，摄影装置为一红外线感应器，而边框为一黑白条条纹设计，摄影装置的角度也可改为至少一摄取装置206有640*480点CMOS传感器，以一斜角度摄取一侦测的触碰面板。边框700也可以是用以放置本装置的一桌面，其有一颜色不同于一触碰物或一手指的颜色。其方法可进一步参考下述的实施例三与实施例五。
实施例二，光感应器的一设计本发明又提出，配合运作的光感应器的结构。光感应器例如可以由一条或是多条光感应单元阵列构成。图7A是由R，G，B的感应器单元所组成的一条光感应单元阵列。另外也可由有二条并行线的CMOS传感器，如图7C所示，例如633*2点。一条光感应器可装置R，G，B光感应器交替的633点，可装置滤除不可见光的滤光设计。一条光感应器710可装置滤除部份可见光，其为R，G，B中之一的单色光感应器或滤除可见光的红外线CMOS感应器633点，而以R，G，B光感应器633点除以3，彩色方式侦测设定颜色笔或手的一大约位置，以防止误判。以R，G，B中的一单色光感应器710*633点，侦测同样颜色的设定R，G，B的一单色笔大约位置的一准确位置，或侦测同样颜色的设定R，G，B之一的边框，以提高位置侦测准确度。又此一笔可一触碰按键发出红外线光，以一条红外光感应器位置侦测或以红色之一的单色光感应器侦测710，如此可以提高笔位置侦测的准确度，同时也彩色侦测手的一大约位置。此单一色光感应器侦测的也颜色可设为是边框或笔的颜色达到同样的目的，另一方法为光感应器有多条并行线的CMOS传感器，其为多条的不同颜色，每一条例如633*3点。例如一条红R一条绿G一条蓝B，如图7B所示，可提高侦测的准确度。
实施例三光学侦测装置斜视摄影的摄取装置至少一图像摄取装置404以一角度斜视摄取面板400，可选择性一光线或一红外线光源430，可装置贴近面板400处，形成一贴近且平行于面板400的一光源430照射平面。可选择性包括一光源431，而一投影的可见图案为一使用者触碰区域的标示。
本发明的光学位置侦测装置主要特征在于利用摄取图像及图像方式，以侦测触碰点在触控面板上的坐标，图像摄取装置404斜视以触碰的面板400为一背景，为一边框，可以不需要一面板400四周一高边框402。为防止背景强光反射入镜头的干扰，可使用一不易反光的面板表面以解决周围光源的光噪声。
图9，为依照本发明的一种触控面板。触控面板包括一面板400。面板400可包括例如一液晶显示板或一投影机投影的一桌面，可为一投影于一桌面一四方形的图案，为一触控面板的一操作范围，及触碰四方形的图案的一位置，相对于一显示屏幕的一位置；或触碰于桌面上与一光学位置侦测装置相对的一设定区域，一触碰于一虚拟触控面板以操作一显示屏幕的光标动作。至少一面形图像摄取装置404将设于面板400的周围，例如于一角落，以能够以一角度例15度斜视摄取面板400的所有范围为一侦测面460。摄取面分辨率640×480点。面形图像摄取装置404与一图像信号分析单元406连接。图像信号分析单元406也可内建于图像摄取装置404之内，成为一体。当一触碰指针408，例如一支笔或是手指，触碰面板400，面形图像摄取装置404摄取面板400及触碰指针408。信号分析单元406，辨识分析触碰指针408，得知其在面板400侦测面480的触碰点P。
请参阅图10A-图10B，其为依照本发明，x，y坐标的定义机制。于图10A中，例如当图像摄取装置404由一角落，向面板400摄取。其在一方向的视角分布，定义为x坐标。其x的范围例如为0-640。图10B，与图10A类似，定义为y坐标。其y的范围例如为0-480，其为在y平面的剖面图。
例如，侦测触碰指针408在摄取面x＝320，y＝470分析知道触碰指针408在面板400中心上方。例于摄取面的x＝320，y＝220触碰指针408，位在面板400中心下方。例侦测触碰指针408在摄取面x＝310，y＝100，分析触碰指针408在面板400中心左方。例摄取面x＝330，y＝100，触碰指针408在面板400中心右方，如此以单一的面形图像摄取装置404侦测的二个角度判断触碰位置。
触碰指针408可为一柱状物有一方向性尖端突出形状，例一长方型柱状物有一尖端突出为一笔或为一手伸出的一手指，一笔使用时与图像摄取装置404有一限制的角度如图10B，例图像摄取装置404一斜角30度摄取面板400，触碰指针408与面板400限制的角度需大于30度例为90度，请参阅图10B，图11，如此触碰指针408被图像摄取装置404摄影，因摄取角度的原因，触碰指针408的尖端为距离图像摄取装置404最接近处，以下有一说明。
触碰指针408可有一输入设定的颜色数据与面板400不同的颜色侦测数据，或触碰指针408一手指或一笔有一侦测数据为一合理尺寸大小数据，与面板400有不同的颜色图案的侦测数据，或也可一使用前学习输入笔或手指的颜色大小为一设定的侦测数据，或一笔的尖端突出处有一设定分析的颜色图案数据，以分析寻找触碰指针408。面板400也可被摄取而输入为一背景的设定的颜色数据，以分析使用。
另外，本发明的触控板因为面形图像摄取装置404以一角度斜视摄取面板400，一触碰指针408尚未触碰到面板400，已被面形图像摄取装置404侦测到，以致误认为一触碰，其触碰点的决定可以有几种方式。
一种是，当触碰指针408停止于面板400一段时间的触碰点b，此时可判定此触碰点b为使用者欲触碰的位置。然而，若是触碰指针408，为一移动方式进行，触碰指针408并没有在欲触碰的位置停留足够的时间。此时触碰指针408移动未触碰到面板400，然图像判断为触碰指针408在面板400上移动，可配合由判断出至少一的触碰点b中与图像摄取装置404最接近处，定为欲触碰的位置。此种机制又称为一运动过程中最近距离分析方法机制。
如图10B与图11所示，特别例如，图像装置404，以一斜角θ摄取面板400。斜角θ的范围可大到约45度，但较佳为3-30度。由于摄影效果是二维的图像，其对应的摄影面900，是由图像摄取装置404所看到的图像面。当触碰指针408由外部进入面板400时，触碰指针408的尖部，由图像摄取装置404所看到，在面板400上有一摄取触碰点a。当触碰指针408触碰到面板400时，有另一摄取触碰点b。触碰点a距离图像摄取装置404较远，而触碰点b距离图像摄取装置404最近。反之，当触碰指针408停留一段足够时间后就移开。此时，摄影到的触碰指针408又开始外移。由图像摄取装置404所看到，触碰指针408的尖部，在面板400上又回到摄取触碰点a，因此，在一次动作中，摄取图像中触碰指针408距离图像摄取装置404最接近处，定义为实触碰点，即是触碰点b。此为运动过程中最近距离分析方法。
一种是，一发光笔，一触碰指针408有一触碰开关，一触碰发出一光源，为一笔的笔尖处的一发光区域有一突出尖端，至少一个面形摄取装置404，可侦测此一光信号，摄取图像信号中侦测到设定光源区域中的一点，定义为实触碰点的相对参考位置，可取面形摄取装置404侦测到该此一光信号的多点位置中，为与摄取装置404的最接近处的一点的坐标，定义为实触碰点的相对参考位置，一笔可能有一书写的笔尖为一真正的触碰点，然而发光区域的一点与书写的笔尖非常靠近，可为一触碰的参考相对位置。
一笔的使用的角度超过限制时，一笔的一发光区域在与摄取装置404很靠近使用时，该一发光区域的图像会因一笔与摄取装置404的距离靠近而变大，会被多的光感应单元侦测到一设定侦测的一发光区域，则最接近处的分析方法，可能误把摄取图像中侦测一笔的一发光区域中一点为一笔尖处发光区域中与面板距离最远处视为一触碰点，为一误差的位置。
一种是具有至少二个面形摄取装置404，如图9所示，以最接近处的分析方法，可以直接以二个面形摄取装置404侦测到触碰指针408最接近处的坐标，分析出触碰指针408靠近面板400的一突出尖端的三维位置，分析出一触碰移动于面板400位置，如此至少一笔或一手指有至少一突出尖端以触碰面板400。又，一手握的一笔或一笔尖端处或一手指，有与面板400不同的至少一颜色图案，或一触碰指针408一笔或一笔尖处可有一设定的侦测颜色图案，或一触碰指针408一笔的一笔尖处四周可有一发光区域为一突出尖端，可一侦测辨识的条件为触碰指针408为一可移动的对象。
信号分析单元406，辨识分析触碰指针408的一区域，以最接近处的坐标分析方法，不需图像辨识复杂方法，侦测尖端三维位置，侦测触碰移动于面板400位置。如此一触碰物有一与面板400不同颜色的一尖端，一触碰或移动于面板400上，可以经摄影面板400背景的颜色图案，分析设定其颜色图案，或一摄影比较储存的面板400背景的颜色图案，因为使用角度的限制，触碰物尖端为图像摄取中侦测到与背景不同颜色区域中距离图像摄取装404最接近处，分析其移动于面板400的位置。此方式中，最接近处当作实际触碰位置的一相对参考点，这是因为侦测点与实际触碰位置，可能会有一些微差距。另外，可选择输入触碰物有一合理大小尺寸范围内的侦测数据，以辨识一区域为背景或触碰物，一手握一笔使用时与图像摄取装置404有一限制的角度，如果一手握的一笔其使用一笔的方向不是笔面对摄取装置404而是反向，如果一侦测数据为寻找与面板不同颜色的一区域，则本装置可能把一手的一区域，误以为是触碰物尖端，错误的位置判断。
请参考图11，另一种方法是除了面形摄取装置404，装置至少一线性的图像摄取单元440，位于该装置的一处，该线性的图像摄取单元以摄取侦测一近似平行贴近该面板的至少一平面，以及该至少一触碰指针，以侦测该一触碰指针408的位置，面形摄取装置404以及线性的图像摄取单元440皆侦测到触碰指针408，即是触碰点b。
又一种方法是一设定波长的光线，或为一交替一变化波长为一变化颜色R，G，B，一红外线的光源430，可有一特定闪烁频率，可装置贴近面板400，行成一贴近且平行于面板400的一照射面为一平面的光源，如此侦测面480中一手指或一笔触碰指针408触碰到面板400时，才被平面的光源430照射反射，才被斜角的图像摄取装置404侦测到光源430照射触碰指针408的反射光，与实施例一不同点，可不需要一般边框的设计，如此图像摄取装置404以触碰的面板400为一背景，为一边框。此图像摄取装置404可有一R，G，B感应单元侦测或一红外线的感应单元以侦测，得知触碰指针408触碰时的位置，该光源430交替发出不同波长的光，图像摄取单元依该光源发出的不同波长侦测，例图像摄取单元摄影储存面板400背景的数据，该光源430发出一红色的光，面板400不会反射该光源430发出一红色的光，图像摄取单元以红色的感应单元侦测，图像摄取单元一摄影比较一摄影储存背景的数据，得知是否有增加触碰指针408触碰时的一红色的反射光区域。如此交替以发出R，G，B，红外线的颜色，依该光源发出的颜色侦测，如此可适应不同颜色的面板400。侦测分析的方法至少一触碰指针408放置于面板400的上方未触碰，未被一光源430照射到，未被图像摄取装置404侦测到反射光，为未触碰。
至少一触碰指针408放置于面板400上，侦测面480外的一处被一光源430照射到，图像摄取装置404未侦测到反射光，为未触碰。
至少一触碰指针408放置于侦测面的一处，被光源430照射到，则图像摄取装置404侦测到一光源430的反射光，为一触碰，以一面形图像摄取装置404的二个侦测角度侦测为一位置。以二个不同位置面形图像摄取装置404的至少二个侦测角度侦测为一位置。
可有一侦测面的光源431，为一可见光投射于侦测面为一图形，光源431，为一使用者的视觉上触碰区域的一标示，例一键盘或一四方形的触碰面板，光源431可与贴近且平行于面板400的一照射面光源430交替动作，避免干扰平行于面板一触碰反射光的侦测，光源431也可是一侦测的光源于实施例五说明。
一种方法是可以一触碰指针408为一笔，其笔尖处有一设定侦测的颜色图案，该设定的颜色图案与面板与手不同，以至少二个图像装置404侦测，并可进行3D的笔尖处位置侦测，以侦测笔尖处是否已触碰到面板400，以侦测触碰指针408于面板400的触碰位置侦测。
以上的设计，可触碰指针408为一发光笔，可移动时笔尖发出一光信号，可一触碰时发出一光信号，可为一交替发出不同颜色R，G，B的光源，可有一特定闪烁频率，以至少一个图像装置404侦测位置，而且分辨率不会因使用R，G，B的感应单元降低。此因为一触碰指针408的位置，可被一颜色的感应单元侦测到，此一方法也可使用于一照射的发光的光源，或实施例一的发光触碰指针。请参考图7A感应单元的排列，一图像摄取单元有依序排列R，G，B的感应单元，一笔交替发出R，G，B的光源，一笔的位置可被一感应单元侦测，一笔如果祗发出R的光源，则G，B的感应单元无法侦测其位置。而本发明中，一种最佳灵敏度的位置分析为侦测一交替发出R，G，B的笔的位置，其需要笔的笔尖处交替发出R，G，B的光源后，分析单元才判断其位置。分析判断图7A中的一感应单元侦测到笔的位置为最灵敏度，该一感应单元可为R，G，B之一的感应单元，因为可侦测到笔尖同一点交替发出R，G，B的光源中的一颜色光源，如此灵敏度不会降低，分析出图7A一段感应单元中最左及最右一感应单元可侦测到笔感应单元的位置，而不会因感应单元有不同的颜色而无法侦测笔的精密位置。而其可取中间的一位置为触碰的位置，例如取其中点或是由光强度分布关系，得到强度最大的位置。如此摄取图像中笔移动一个感应单元的位置，图像摄取单元可侦测出图7A中最左及最右可侦测到笔光信号的感应单元的位置也移动一个感应单元的位置，此称为，最佳灵敏度的位置分析。
再者，触碰指针408又可设计有一设定的图案颜色，可触碰指针408具有一增光性机构的一设定图案结构，以防止光噪声以易侦测。
实施例四平面形状触碰对象的设计及一笔书写位置的侦测以上至少一面形摄取装置404的设计的另一应用为侦测一触碰指针408为一笔，书写于一另一平面形状触碰对象，例如一纸张，的触碰位置。请参考图11，可有一平面可移动的触碰对象，其例如为一颜色纸，为一白色纸，或为一纸有一方向性的设定图案，或为一纸有一方向性形状，放置于面板400上(见图9)，为一不同颜色或图案的桌面。至少一面形摄取装置404有640*480的彩色或黑白或红外线的光感应单元阵列，有一角度斜视或直视摄取至少一侦测面。又可有一斜照射侦测面光源431照射平面形状触碰对象，为一红外线或可见光。面形摄取装置404可摄取侦测面上的一平面可移动可书写的触碰对象，依输入其形状，亮度，颜色，图案，的侦测数据分析得知其为一设定书写的物品。例一白色纸张，一本笔记簿，四方形对象。平面可移动的触碰对象可有一大小或形状或颜色或一图案的输入的设定数据以分析辩识平面形状触碰对象，或使用前的一学习输入一平面可移动可书写的触碰对象的数据。
可以用下列设定的输出及一方法的分析。例一四方形的输入的平面的触碰对象设定数据以侦测一触碰指针408，辨识出一四方形对象，符合输入的平面可移动可书写的触碰对象的数据，分析得知其大小，其颜色，其位于侦测面上的位置，例四方形对象左上角为侦测面上X＝100 Y＝200，右上角为X＝300 Y＝200位置，颜色白色，宽＝10Cm 长＝20Cm。
例一白色对象的触对象设定数据，以侦测到一触碰对象符合白色输入的数据，侦测分析得知其大小，分析得知其位于侦测面上的位置。例侦测到一白色四方形对象左上角位置为，X＝100 Y＝200，右上角为X＝300，Y＝200，宽＝10cm 长＝20cm，并输出此信号。如此，这白色四方形对象放置于一侦测的桌面上，而其方向可对准侦测装置，角度误差不大于40度。触碰对象可以有位置移动，又可允许一笔触碰于此白色四方形对象，而侦测书写位置。一般而言，若使用者放置一移动的白色圆形或不具方向性的纸张则无法使用。
平面可移动可书写的触碰对象，也可设计有一设定有一方向的图案以供辨识。例一圆形纸张一左上角有深色一大圆圈，一又上角为淡色一小圆圈，或左上角有一深色一的四方形图案皆可，则一触碰指针208笔可被侦测书写于可被侦测位置的一平面的触碰对象的移动位置。
一平面的触碰对象的侦测设定的数据甚至可为有一方向性的形状区域与四周颜色不同则可，如此放置一颜色四方型纸张于不同颜色的侦测面板上，则在侦测面中寻找一与周围颜色不同有一方向性形状的一区域，可选择性一平面的触碰对象有一大约的大小尺寸的侦测数据，侦讯出纸张其方向位置大小颜色，则一可被侦测位置的触碰笔可书写于纸张，侦测出笔的触碰位置，纸张移动，也可侦测出纸张的一侦测面位置，侦测出笔与纸张的一相对位置，侦测出一笔书写于纸张的颜色输出一信号。
一功能为也可以侦测平面可移动可书写的触碰对象为一纸张的图案方向大小数据，例为一名片的图案大小方向的数据输出，以供辨识名片的数据。
一功能为也一平面可移动的触碰对象，一触碰指针移动触碰于该平面可移动的触碰对象，输出一平面可移动的触碰对象的一坐标信号，为一触碰面板功能为一键盘的功能。
实施例五一种方法为一斜照光源照射的一侦测光区域位置侦测方法。
如图2一光学侦测装置放置于侦测平面200，至少二个图像摄取装置206为640*4或640*1的侦测点摄取与侦测贴近平面200平行或近似平行平面200的一平面，一光源204斜照射该平面200，投影为一深浅颜色形成一长方形的键盘图案，或一四方形的触碰面板图案，或为一红外线照射的一四方形之区域，为一侦测区域，或可有一边框202以限制侦测的范围，照射该四方形内的至少一侦测点，为一侦测面480，照射该触碰指针208，一光源204可为一可见光，为一操作的区域标示图案，摄取装置206侦测一光源204照射于该触碰指针208的反射光分析其触碰的位置。
以下为几种状况至少一触碰指针208放置于侦测面480的上方未触碰，虽然被一光源204照射到，然而图像摄取装置206的侦测平面未侦测到一光源204的反射光，为未触碰。
至少一触碰指针208放置于侦测面480外的一处未被一光源204照射到，则图像摄取装置206未侦测到反射光，为未触碰。
至少一触碰指针208放置于侦测面480的一处被一光源204照射到，为二个图像摄取装置206侦测到一光源204的反射光，为一触碰，以二个图像摄取装置206的二个侦测角度侦测为一位置。
根据实施例三的平面光源与实施例五的斜照光源，其一相同原理为一图像摄取单元，一不定颜色的触碰面板，一触碰指针，一交替发出不同颜色R，G，B的光源或单一色的光源，其方向与该至少一图像摄取单元摄取方向有一角度，该图像摄取单元不会侦测到该光源照射于一触碰面板的反射光，该图像摄取单元侦测到该触碰指针触碰于该触碰面板反射该不同颜色R，G，B的光源，分析为一触碰位置，可选择摄取一背景图像储存为一分析比较的数据。
实施例六虚拟触控面板与虚拟键盘设计。
利用以上实施例三的平面的触碰指针408与实施例四的光学侦测装置，本发明提出一光学侦测装置的虚拟触控面板虚拟键盘设计，一可任意移动的一光学位置侦测的触碰面板装置放置于一平面，例一桌面，一显示屏幕，一显示屏幕一图案显示触碰操作的位置，例一光标的移动，至少一触碰指针，摄影装置侦测该一桌面上的一侦测面区域，可选择性有一投影的装置，或放置一纸张或书本，或一有方向性的对象，或一键盘图案的纸张于该一平面。
至于，虚拟触控面板虚拟键盘例如可为1.可为侦测面上一投影于一桌面一四方形的图案四方形为一虚拟触控面板操作区域。
2.可为侦测面上一投影于一桌面至少二点的图案，所定义出的具有方向性的一区域。例一投影四方形角落的四点为一虚拟触控面板的四个角落，例一投影四方形角落的上方二点为一虚拟触控面板的上方二点。
3.可为侦测面上一与本发明的光学位置侦测装置侦测相对位置的一区域，例一装置侦测面为该装置放置处一方向，5Cm处，一10Cm*10Cm的一区域，可以一使用说明以告诉使用者。
4.可为侦测面上一可移动的一方向性的对象，例于一侦测其位置的一可移动的一四方形的纸张，可为一触碰面板操作区域。
5.可为侦测面一与本发明的光学位置侦测装置，侦测面上可移动的一方向性的对象，定义出的具有方向性的一区域，例于侦测面上一长条形的对象的一方向一10Cm*10Cm的一区域。
6.可为一本发明的光学位置侦测装置的侦测面上可移动的一方向性图案为一印有键盘的纸张。
以上之4至6项，其目的皆为提供一有一方向性数据的对象以供辨识分析其位置大小方向，则可设定为一虚拟触控面板，使用者加上一可侦测其触碰位置的触碰指针，即可把其视为一触控面板使用。另外，可侦测到侦测面有一设定的对象后自动改变一触碰面板的位置为该设定的对象。
实施例七另一种应用架构是针对鼠标的应用。而触碰对象可以是一鼠标。鼠标有一指针结构，具有可辨认的设定图案。设定图案又例如可包括具有前述的主动发光功能机制，或是一颜色图案。由于鼠标的操作置放于一面板上的平面，因此仅需一个图像摄取装置即可实施。然而为了解决一些前述讨论的侦测误差或死角，可增加一个或多个图像摄取装置。其侦测方式，仅针将鼠标的指针结构的辨识，面板的位置，以及鼠标的指针结构在面板的位置。此处，面板也可以是一区域为一虚拟面板。
上述，触碰指针设定图案及增光性的机构及平面触碰对象侦测辨识的数据，边框图案的设计，配合光感应器的设计，光照射的方向以照射一侦测面，一交替不同波长的光源与笔，其皆可依实际欲使用的环境，进行组合设计。
权利要求
1.一种具有光学位置侦测的触碰面板装置，其特征是，该装置包括一触碰面板；至少一触碰指针，发出不同颜色的光源；一边框于该触碰面板周围，具有一设定图案；至少二图像摄取单元有不同颜色的光感应单元，位于该边框的二位置，以摄取触碰面板上的该触碰指针及该边框；以及一分析单元，接收并分析该至少二图像摄取单元所摄取的一数据，以最佳灵敏度的位置分析，经分析得知该触碰指针的面板位置。
2.如权利要求1所述的具有光学位置侦测的触碰面板装置，其特征是，该边框的该设定图案包括一单一颜色深浅相间的条纹，一彩色相间的条纹，一多条与该触碰面板平行而不同颜色的条纹，一多条与该触碰面板平行而颜色深浅的条纹，与一单一设定颜色五者其一。
3.如权利要求1所述的具有光学位置侦测的触碰面板装置，其特征是，该设定图案包括一细密条纹，而该细密条纹也可用于该至少二图像摄取单元的一校正，该校正包括一摄取角度校正。
4.如权利要求1所述的具有光学位置侦测的触碰面板装置，其特征是，该边框为一颜色可透光的材料，包括一完整的可透光区域，包括一多个不透光区域，及多个可透光区域，相间组合而成，二者其一。
5.一种具有光学位置侦测的触碰面板装置，其特征是，该装置包括一触碰面板；至少一触碰指针，发出不同颜色的光源；一边框于该触碰面板周围，具有一增光性机构的一设定图案结构；至少二图像摄取单元，位于该边框的二位置，以摄取该触碰指针及该边框的该设定图案结构；以及一分析单元，接收并分析该至少二图像摄取单元所摄取的一数据，以最佳灵敏度的位置分析，经分析得知该触碰指针的位置。
6.如权利要求5所述的具有光学位置侦测的触碰面板装置，其特征是，该边框的该设定图案结构包括一单一颜色深浅相间的条纹，一彩色相间的条纹一两条平行不同颜色的条纹，一多条与该触碰面板平行而颜色深浅的条纹，与一单一设定颜色五者其一。
7.如权利要求5所述的具有光学位置侦测的触碰面板装置，而该条纹也可用于该至少二图像摄取单元的一校正，该校正包括一摄取角度校正。
8.如权利要求5所述的具有光学位置侦测的触碰面板装置，其特征是，该边框增光性机构为一透光性增光机构，为一颜色可透光的材料，包括一完整的可透光区域，包括一多个不透光区域，及多个可透光区域，相间组合而成，二者其一。
9.一种位置侦测装置，适用于一面板，以得知触碰指针于该面板上的一面板位置，该位置侦测装置包括至少一触碰指针；至少一面形图像摄取单元，个别位于该装置的一处，以一斜角度摄取被侦测的该平面，其特征是，该至少一图像摄取单元具有多条行线及多条列线，交叉构成一坐标面，用以摄取该面板的至少一平面，以及摄取该至少一的触碰指针，并且输出一第一视频数据；至少一平面光源，该平面光源贴近面板形成一贴近且近似平行于该面板的一照射面，以照射该至少一触碰指针；选择性设置至少一线形图像摄取单元，位于该装置的一处，该线形图像摄取单元以摄取侦测一近似平行贴近该面板的至少一平面，以及该至少一触碰指针，并且输出一第二视频数据；以及一信号分析单元，接收该至少一面形图像摄取单元输出的该第一视频数据与该至少一线形图像摄取单元输出的该第二视频数据，经一图像分析，得知该至少一触碰指针于该面板的该表面上的一面板位置。
10.一种位置侦测装置，适用于一平面面板，其特征是，该位置侦测装置包括至少一触碰指针；至少一平面形状可移动的触碰对象，置于该平面面板上；至少一面形图像摄取单元，个别位于距离该平面面板一高度的一处，其中该至少一面形图像摄取单元具有多条行线及多条列线，交叉构成一坐标面，用以一斜角摄取该平面面板的至少一平面，以及摄取该至少一触碰指针，以及摄取该至少一平面形状可移动的触碰对象，并且输出一第一视频数据；选择性包括至少一线形图像摄取单元，位于该装置的一处，该线形图像摄取单元以摄取侦测近似平行贴近该平面面板的一平面，以及该至少一触碰指针，并且输出一第二视频数据；可选择性包括一光源，可贴近该平面面板，形成一贴近且近似平行于该平面面板的一平面照射面，以照射该至少一触碰指针，其中当该至少一触碰指针触碰该至少一平面形状可移动的触碰对象时，该光源由该至少一触碰指针反射以辅助侦测该至少一触碰指针；以及一信号分析单元，接收该至少一面形图像摄取单元输出的该第一视频数据，经一图像分析，得知该至少一触碰指针于该平面面板的该表面上的一面板位置，且得知该至少一平面形状可移动的触碰对象于该平面面板的该表面上的一面板位置，其中，该信号分析单元也可接收该线形图像摄取单元输出的该第二视频数据，以辅助分析该至少一触碰指针的该面板位置。
11.如权利要求10所述的位置侦测装置，其特征是，经由该信号分析单元侦测该至少一平面形状可移动的触碰对象的该面板位置及该至少一触碰指针的该面板位置，如此该至少一平面形状可移动可的触碰对象包括一可被书写的对象，该至少一触碰指针为一可书写的对象。
12.如权利要求10所述的位置侦测装置，其特征是，当该触碰指针移动且触碰于该至平面形状可移动的触碰对象时，该面形图像摄取单元与该线形图像摄取单元也同时侦测该触碰指针与该平面形状可移动的触碰对象的一相对位置数据。
13.如权利要求10所述的位置侦测装置，其特征是，该平面形状可移动的触碰对象具有一设定且具有方向性的一辨识特征，可由该信号分析单元依据内部储存的一辨识数据进行辨识。
14.如权利要求10所述的位置侦测装置，其特征是，该平面形状可移动的触碰对象的该辨识特征包括一四方形形状。
15.如权利要求10所述的位置侦测装置，其特征是，该平面形状可移动的触碰对象的该辨识特征包括一设定颜色配合一方向性图案，一设定方向性图案，以及一设定颜色，三者其一。
16.如权利要求10所述的位置侦测装置，其特征是，该平面形状可移动的触碰对象的该辨识特征包括一对象大小数据。
17.如权利要求10所述的位置侦测装置，其特征是，该至少一面形图像摄取单元包括以二个面形图像摄取装置，用以侦测该触碰指针的三个侦测角度，计算出该触碰指针所触碰的一位置，以及以一个面形图像摄取装置侦测到该触碰指针的二个侦测角度，计算出该触碰指针所触碰的一位置，以及以一个面形图像摄取装置与一个线形图像摄取单元侦测到该触碰指针的三个侦测角度，计算出该触碰指针所触碰的一位置，三者其一。
18.如权利要求10所述的位置侦测装置，其特征是，该信号分析单元以一运动过程中最近距离分析方法，以侦测该至少一触碰指针的该位置。
19.一种可移动的光学位置侦测装置，置放于一平面面板上，其特征是，该装置包括一显示屏幕，具有一显示图案；至少一触碰指针；以及一光学位置侦测单元，包括至少一摄影组件，以一斜角度摄取该面板的一平面及该至少一触碰指针，其中在该平面有一触碰侦测区域，构成一虚拟触碰面板，其中该光学位置侦测单元，可侦测该至少一触碰指针于触碰该虚拟触碰面板时，对应于该虚拟触碰面板的一X，Y坐标位置，又该光学位置侦测单元输出一信号，以控制该显示屏幕上的该显示图案，产生一动作。
20.如权利要求19所述的位置侦测装置，其特征是，又包括一信号分析单元以一运动过程中最近距离分析方法侦测该至少一触碰指针的该位置。
21.如权利要求19所述的光学位置侦测装置，其特征是，该虚拟触控面板包括(1)由投影于该面板上的一四方形的图案的一区域，(2)由投影于该面板上的至少二点图案，所定义出的具有方向性的一区域，(3)由投影于该面板上的具有方向性的一图案，依该图案的一相对位置定义出的一区域，三者其一。
22.如权利要求19所述的光学位置侦测装置，其特征是，该虚拟触控面板包括(1)对于该光学位置侦测装置，以一相对位置所定义出的一区域，(2)相对于该光学位置侦测装置，由可移动且有方向性的一对象，该对象含盖的一区域，(3)由该光学位置侦测装置与在该面板上的可移动且有方向性的一定标对象，用其间的一相对位置所定义出的一区域，三者其一。
23.一种具有光学位置侦测装置，其特征是，该装置包括一触碰面板；至少一触碰指针；至少一图像摄取单元，可摄取该触碰面板与该至少一触碰指针；一控制单元；一光源，具有一颜色光型态，选择性包括一具有交替连续发出不同颜色的一光型态，该光源照射的一方向与该至少一图像摄取单元所摄取的一方向偏差有一角度，如此该图像摄取单元不会直接侦测到该光源照射到该触碰面板的反射光，而当该至少一触碰指针接触到该光源时，会产生具有该光型态的一反射光，其中该图像摄取单元侦测到由该反射光，并输出一信号；以及一控制单元，用以接收该图像摄取单元输出的该信号，经分析辨识该反射光，而分析出一触碰位置，其中该光学位置侦测装置，可选择性地在实际进行使用的一初始阶段，摄取一图像背景数据，储存该图像背景数据于该控制单元中，做为一分析比较数据。
24.如权利要求23所述的位置侦测装置，其特征是，该光源具有一特定闪烁频率。
25.如权利要求23所述的位置侦测装置，其特征是，该至少一图像摄取单元的一位置，是使能摄取贴近平行该触碰面板的至少一平面。
26.一种位置侦测装置，适用于一面板，其特征是，该装置包括至少一触碰指针其中该至少一触碰指针具有一尖端，该尖端有一与该面板不同的一颜色图案，以触碰该面板，该至少一触碰指针与该面板有一使用限制角度；至少二个图像摄取单元，个别位于该装置的一处，其中该至少二该图像摄取单元的其至少一面形图像摄取单元，以一斜角度摄取被侦测的平面该面板，其中该至少一面形图像摄取单元具有多条行线及多条列线，交叉构成一坐标面，用以摄取该面板的至少一平面，及摄取该至少一触碰指针尖端，并且输出至少一第一视频数据；一信号分析单元，接收该至少一第一视频数据，以分析出一最接近处位置，而决定该至少一触碰指针尖端的该触碰位置，其中该最接近处位置由以下一原则所决定，以三维的图像分析方法，分析该些视频数据，其中当该触碰指针移动触碰该面板时，该至少一触碰指针的该尖端有最接近该面形图像摄取单元的一点，该点的位置即为该触碰位置或是该触碰位置的一参考位置。
27.如权利要求26所述的一种位置侦测装置，其特征是，该信号分析单元，分析得到该至少一触碰指针的该尖端于该一面板上的三维位置。
28.一种位置侦测装置，适用于一面板，其特征是，该装置包括至少一触碰指针其中该至少一触碰指针具有一尖端，该尖端用以触碰该面板；一发光组件，设置于该尖端；一触碰按键，设置于该尖端，该触碰按键经触碰而激活该发光组件而发出一光信号；至少一个图像摄取单元，个别位于该装置的一处，该至少一该图像摄取单元，以一斜角度摄取被侦测的平面该面板，该至少一面形图像摄取单元具有多条行线及多条列线，交叉构成一坐标面，用以摄取该面板的至少一平面，及摄取该至少一触碰指针的该一光信号，并且输出一视频数据；以及一信号分析单元，接收该一视频数据，以分析出该组件的一点，而决定该至少一触碰指针于该面板的一触碰位置。
29.如权利要求28所述的位置侦测装置，其特征是，于该信号分析单元中，该发光组件区域中的该点为距离该至少一个图像摄取单元的一最接近处位置，用以决定该至少一触碰指针的该触碰位置，其中该最接近处位置是由以下一原则所决定于图像分析该视频数据时，当该触碰指针触碰该面板时，该发光组件有多个侦测光点被侦测，而该些侦测光点的其中与该面形图像摄取单元最接近的其一侦测光点被决定为该点，其位置即为该触碰指针尖端触碰于面板位置的一参考位置。
30.如权利要求28所述的位置侦测装置，其特征是，以最佳灵敏度的位置分析，而决定该至少一触碰指针于该面板的一触碰位置。
31.一种位置侦测装置，其特征是，该装置包括一触碰面板，具有一颜色；一手触碰指针，具有一颜色；至少一触碰指针其中该至少一触碰指针具有一尖端，该尖端有与该触碰面板与手触碰指针不同颜色的一设定的颜色；至少二个彩色图像摄取单元，个别位于该装置的一处，该至少一该图像摄取单元，以一斜角度摄取被侦测的平面该面板，该至少一面形图像摄取单元具有多条行线及多条列线，交叉构成一坐标面，用以摄取该面板的至少一平面，及摄取该至少一触碰指针与该触碰面板与该手触碰指针，并且输出一视频数据；一分析单元，接收并分析该至少二个彩色图像摄取单元所摄取的该视频数据，经分析得知该至少一触碰指针与该手触碰指针于该触碰面板的多个触碰位置。
32.一种位置侦测装置，其特征是，该装置包括一触碰面板，具有一颜色；一鼠标，操作于该触碰面板的一操作平面；一指针结构，位于该鼠标上，该指针结构有一设定图案用于辨识；至少一图像摄取单元，个别位于该装置的一处，以摄取被侦测的该面板的该操作平面以及该鼠标，其中该至少一图像摄取单元具有多条行线及多条列线，交叉构成一坐标面，用以摄取该面板的至少一平面，及摄取该鼠标的该指针结构在该面板上的一位置，并输出一视频数据；以及一分析单元，接收该视频数据，经分析得知该鼠标的该指针结构在该面板上的该位置。
33.一种具有光学位置侦测的触碰面板装置，其特征是，该装置包括一触碰面板；至少一触碰指针，该至少一触碰指针发出不同颜色的光源；至少二图像摄取单元有不同颜色的光感应单元，位于该边框的二位置，以摄取该触碰指针；以及一分析单元，接收并分析该至少二图像摄取单元所摄取的一数据，以最佳灵敏度的位置分析，经分析得知该触碰指针触碰的位置。
全文摘要
一种具有光学位置侦测的触碰面板装置，包括至少一图像摄取单元与一信号分析单元。图像摄取单元用以摄取面板的一表面，以及在面板的表面上的一触碰指针，并且输出一视频。分析单元接收此视频，分析得知触碰指针于面板的表面上的一位置。其中，触碰指针可为一触碰笔或手指尖或一纸张。面板可为一液晶面板或一投影机的投影面。
文档编号G06F3/033GK1459705SQ02120369
公开日2003年12月3日 申请日期2002年5月23日 优先权日2002年5月23日
发明者高启烈 申请人:高启烈